压力驱动膜生物污染研究进展_易小祺

第40卷第9期辽宁化工Vol.40，No.92011年9月LiaoningChemicalIndustrySeptember，2011基金项目基金项目：国家自然科学基金，项目号：20706038；沈阳市大型科学仪器设备共享服务专项，项目号2007GX-33；教育部留学回国人员科研启动基金项目;辽宁省教育厅科学技术研究，项目号：LS2010155收稿日期收稿日期：2011-06-27作者简介作者简介：易小祺（1986-），女，硕士，辽宁省锦州市，2005年毕业于沈阳师范大学双语生物，研究方向：环境微生物。E-mail：cat8674@sina.com。通讯作者通讯作者：张阳（1975-），女，副教授，博士，环境微生物。E-mail：zywjb1975@hotmail.com，电话：024-86593299。压力驱动膜生物污染研究进展易小祺，张阳，韩璐，王浩然（沈阳师范大学化学与生命科学学院，辽宁沈阳110034）摘要：近年来膜分离技术在废水处理、水污染防治和水资源综合利用等方面被广泛应用，膜污染问题也引起了人们的广泛关注。本文总结了近年来微生物及微生物代谢产物引发的膜污染形成机制及研究现状，提出了今后膜生物污染控制的研究方向和可能措施。关键词：膜技术；膜污染；微生物；微生物代谢产物中图分类号：TQ09；X703.1文献标识码：A文章编号：1004-0935（2011）09-0944-04近30年来，膜分离技术被世界诸多国家高度重视。膜分离技术根据驱动力的不同可分为压力驱动式、电渗式、渗透汽化式以及离子交换式等。常见的反渗透、超滤、微滤和纳滤以及膜生物反应器（MembraneBioreactor，MBR）等都属于压力驱动式膜分离技术[1]。压力驱动式膜分离技术近些年来已经日趋成熟，广泛的应用在医药、化工、食品、污水处理、海水淡化等许多领域。随之而来的膜污染的问题也引起了人们的广泛关注。根据国际纯粹和应用化学协会(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPAC)的定义，膜污染是指由于悬浮物或可溶物质沉积在膜的表面、孔隙内壁，从而造成膜通量降低的过程[2]。膜污染造成的膜透过流量与分离特性变化通常是不可逆的。膜污染的类型主要包括:无机污染、有机污染、微生物污染[3]。微生物污染主要是由微生物及其代谢产物造成的污染，而其中微生物污染是最难清洗以及控制的,成为压力驱动膜技术的广泛应用的瓶颈。1膜的污染机理膜的污染主要包括膜孔内阻塞污染和表面的覆盖污染。膜孔内的阻塞污染是由微小的粒子或其他吸附物质形成沉淀而使膜的孔径不断变小。膜表面污染层是由料液中悬浮物、溶解性有机物与无机物以及由胶体物质或微生物等吸附于膜面，形成复杂的混合型沉积物所导致[4]。膜生物污染过程大体分为以下几个阶段：生物膜形成阶段：此阶段腐殖质、聚糖脂与其它微生物的代谢产物等大分子物质在膜表面吸附，形成一层具备微生物生存条件的生物膜;粘附阶段：进水微生物中粘附速度快的细胞进行初期粘附；微生物快速聚集阶段：前期大量细菌的粘附和细菌自身代谢和聚(ExtracellularPolymersEPS)进一步加速微生物的繁殖和聚集;最后一阶段为生物污染的最终形成阶段,污染造成了膜通量和透性的不可逆变化[5]。2微生物对膜的污染微生物对膜的污染主要表现为水通量的逐渐下降，压差的逐渐升高。微生物在膜表面的大量沉积会形成生物膜。生物膜老化的部分主要分解为蛋白质、核酸、多糖酯和其他的大分子物质，进一步引起膜表面的改性，改性后的膜表面更容易吸引其他种类的微生物。另外，细菌、真菌和其它微生物组成的生物膜，还可直接(通过酶作用)或间接(通过局部pH或还原电势作用)降解膜聚合物或其RO/NF单元组件，结果造成膜寿命缩短，膜结构完整性被破坏[6]。朱彤等[7]的研究发现MBR系统中膜污染与微生物特性存在某种关联性。李福勤等[8]人的研究表明进水中无机物含量相差不大时，有机物和细菌含量低的膜微生物污染周期长，而有机物和细菌含量高的膜微生物污染周期短。XuemeiTang[9]等检测了新西兰乳品膜厂的膜，分离出两个产酸克雷伯菌菌株K.B006和TR002，认为两个菌株在生物膜的形成中既有独立的污染行为也有协同污染的行为，且两个菌株协同作用产生的生物膜密度比单独作用的专论与综述第40卷第9期易小祺，等：压力驱动膜生物污染研究进展945高。2.1产生膜污染的主要微生物研究发现严重的微生物污染薄膜成网状粘连结构，膜上可观测到的微生物有球菌、杆菌和霉菌等[8]。当以湖泊、海洋以及部分地表水为进水的时候，藻类也成为了膜污染的主要污染源。藻类有机物的特性影响超滤膜的膜污染，可归结为大分子的亲水性有机物堵塞膜孔所致[10]。2.2丝状菌对膜生物反应器中膜污染的影响王勇等[